[发明专利]一种用于回转窑筒体余热回收的集热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种集热装置，特别地涉及一种用于回转窑筒体余热回收的集热装置。

背景技术

现已投产运行的回转窑(水泥窑、冶金化工窑和石灰窑等)几乎都没有进行筒体表面余热回收，致使大量的热能白白散失。目前，国内只有不到20座回转窑进行了筒体表面余热回收尝试，所用的方法分别是图1所示的全包围式中空换热夹套制取热水/热空气系统、图2所示的半包围式管式换热罩制取热水系统以及图3所示的全包围全封闭式加热罩制取蒸汽系统。

这三种系统各有优缺点，具体如下：

1、全包围式中空换热夹套

全包围式中空换热夹套是在回转窑筒体上设有分段全包围回收夹套2’，余热回收夹套2’与筒体1’为同心圆，夹套2’与筒体1’外表面之间留有空气流动的间隙，水或风管道连接每一段夹套2’。

这种方式的优点在于结构简单、投资小，对筒体1’的全包围会部分约束空气对流的速度，间隙内对流空气的温度升高，有利于提高间隙内对流空气与换热介质的温差，对提高换热介质温度有利。缺点在于间隙层的空气是流动的，大部分热量随空气散失，且空气的换热效率很低。虽然部分红外辐射能也可以吸收，但夹套材料的辐射吸收率低。总体换热效率低下，受环境温度和回转窑工况影响大。同时，筒体1’表面与夹套2’之间的间隙层空气温度的升高会导致筒体散热不畅，进而影响回转窑的正常生产。此外，对于目前绝大部分采用红外扫描温度探测仪的回转窑来说，这种方式使其无法对筒体表面进行扫描探测表面温度，给生产工艺带来重大负面影响。

2、半包围式管式换热罩

半包围式管式换热罩使用钢管及管件做成蛇形管，表面涂黑色涂料，将其固定在弯成一定曲度(与筒体成同心圆弧)的钢板上并敷以保温材料，做成面积不等的换热罩2’，换热罩2’用钢结构做成支撑罩在窑筒体1’上半圆周上。工作时，软化水进入蛇形管吸收窑体辐射热和空气对流热变成热水(甚至含有蒸汽)，通过强制循环系统输送至循环水箱，然后再通过热交换器再次换热成生活用水，或直接输送至吸收式溴化锂制冷机制冷用，以及其他用途。

这种方式的优点如下：其一，属于强制循环系统，方便对换热介质的出口温度进行调节控制；其二，加装二次换热系统可以多用户使用回收余热，系统柔性好；其三，半包围式结构几乎不影响筒体散热和红外扫描温度探测仪的正常使用，不影响回转窑的正常工作。缺点在于只有钢管截面积的总和为有效吸热面，换热面积小，回收的热量占筒体总辐射散热的比例很低，换热介质出口温度一般不高于100℃，会受热量的后续利用用途限制很大，尤其是低温差二次换热，热损大，系统换热效率低。

3、全包围全封闭式加热罩

全包围全封闭式加热罩的换热装置由换热罩2’、换热罩两端密封结构和窑筒体1’共同组成，形成密封的换热腔。换热罩2’通过滑轮安装在4个导轨上，每个导轨的两端带有可调整的限位装置。换热罩2’不随窑转动但可通过两端密封装置传递推力后跟随窑的“上行”或“下行”滑移。设置测温窗，满足对窑筒体1’的红外测温要求。密封结构由“柔性联接”与窑筒体1’上的动密封环、装设在换热罩2’上的可自动推进的静密封环、静性密封环和主、副密封用盘根组成。换热罩2’输入水或蒸汽作为介质换热，输出饱和/过热蒸汽共低温余热发电系统汽轮机补汽和汽包补汽或其它用途。

这种方式的优点在于：其一，换热罩段的换热效率高；其二，蒸汽用于发电系统补汽，有利于提高发电系统的稳定性和热循环效率，经济效益明显；其三，筒体表面温度低，避免筒体温度超高。缺点在于：其一，水汽直接与筒体接触，加速筒体氧化，影响回转窑的使用寿命；其二，筒体温降大，导致筒体内外表面的温差大，加速窑内热量的散失，进而影响到回转窑内熟料烧成工艺的变化，能耗上升，悖于节能降耗的初衷；其三，密封要求极高，很难避免泄漏，加上水泥生产波动性大，输出蒸汽参数很不稳定，控制困难，设备维修量大，备件费用昂贵；其四，尽管设置了滑移系统，但能否及时响应窑体的瞬时震动或形变存疑；其五，尽管设置了测温窗口，方便红外测温仪的工作，但由于罩内工质的流动变化和测温窗的敷面材料的影响，必将产生较大的测温误差，必须将红外测温仪的数据进行调整并修正，但是，这种需要长时间的大量实践经验作为参考才能完成，在完成修正以前，很难通过误差极大的测温数据推算窑内工况，对烧成工艺的影响也许是很长时间的，这无疑会导致产品质量的波动甚至产生大量废品，得不偿失。一旦水/汽循环系统发生故障，势必将停窑处理，影响回转窑的运转率，如处置不及时，甚至会发生红窑乃至窑体变形的严重后果。

发明内容